l'ús de dades de satèl·lits en el seguiment del clima a escala global i regional

L’ÚS DE DADES DE SATÈL LITS EN EL SEGUIMENTL’ÚS DE DADES DE SATÈL·LITS EN EL SEGUIMENTDEL CLIMA A ESCALA GLOBAL I REGIONAL

Jordi Cunillera i Grañó - Unitat de Canvi Climàtic , Servei Meteorològic de Catalunya, g y

Barcelona, 19 de Setembre de 2013

1

ÍndexÍndex

1. Introducció

2. Seguiment del clima a escala global

3. Seguiment del clima a escala regional

2

Seminari “Observació de la Terra i Clima”Institut Cartogràfic de Catalunya , 19 de Setembre de 2013

Introducció

TEMPS (atmosfèric)Estat de l’atmosfera a un lloc determinat i en un moment determinat, definit a partir dels

l d’ it d i bl (T P U t t t d l l i ibilit t t )valors d’un seguit de variables (T, P, U, vent, estat del cel, visibilitat, meteors, ...).L’atmosfera i els fenòmens que hi esdevenen són estudiats per la Meteorologia.

CLIMAEstat mitjà de l’atmosfera a una zona del territori i per un període llarg de temps, definita partir d’estadístics d’algunes variables que defineixen el temps d’aquesta zona.El ti d li t t t l l t ó t di t l Cli t l iEls tipus de clima presents a tot el planeta són estudiats per la Climatologia.

DIFERÈNCIA FONAMENTAL:L’ESCALA TEMPORAL DELS CANVIS DEL TEMPS I DEL CLIMA

3


Introducció

Com es fa el seguiment? , com s’estudia l’evolució?A més de les observacions i les mesures instrumentals, és bàsic l’ús dels models

è i Hi h dif è i i t t ò t l d l t lò i i lnumèrics. Hi ha diferències importants, però, entre els models meteorològics i elsmodels climàtics:- la resolució espacial dels models;- l’horitzó temporal dels resultats;

Atmosfera Hidrosfera CriosferaLitosfera Biosfera

l horitzó temporal dels resultats;- la “física” dels models.

Interaccions

4


Introducció

Requeriments per a l’ús de dades de satèl·lits

a) Meteorologiaa) Meteorologia

► millor resolució temporal que espacial;

► mesures al VIS, a l’IR (proper i tèrmic) i a MW;

► disponibilitat de la informació en “temps real”;

► garantia de futur del satèl·lit.

Seguiment de la situació meteorològica, elaboracióde productes meteorològics (vent, nuvolositat,precipitació, temperatura a diferents nivells del’atmosfera, contingut d’ozó, ...), assimilació de dadesg )als models numèrics de predicció meteorològica,altres (estat de la vegetació, seguiment d’incendisforestals, etc.).

5


Introducció

Requeriments per a l’ús de dades de satèl·lits

b) Climatologia05/1996 05/1999 05/2001

b) Climatologia

► sèrie llarga i contínua d’imatges;

► algorismes de càlcul similars i ben calibrats;

► imatges ben georeferenciades;

► NO: “temps real”, resolució temporal - espacial.

Elaboració de productes climàtics (albedo superficial,precipitació, nuvolositat, temperatura mitjana de lasuperfície, contingut dels GEH a l’atmosfera, nivelldel mar, ...), assimilació de dades a les reanàlisis,)altres (usos del sòl, superfície coberta de neu/gel,erosió del litoral, etc.).

6


Seguiment del clima a escala global

7



Observacions en superfície (~ 11.000 ests.) Observacions en altura (~ 1.300 radiosondatges)

Observacions marítimes (~4.000 vaixells + ~1.200 boies) Observacions des d’avions (~ 3.000 avions)

8



Observació amb satèl·lits:Observació amb satèl·lits:

● 20 geoestacionaris

● 99 helisosíncrons

(WMO Global Observing System)

Grans avantatges:

► Informació d’una “gran” zona del planeta► Informació d una gran zona del planeta.

► Mesura quasi-simultània de tota la zona observada.

9



Observacions de satèl·lit i Canvi climàtic

Els canvis en l’evolució del clima es poden apreciarEls canvis en l evolució del clima es poden apreciara partir de sèries llargues de dades.

Els satèl·lits proporcionen observacions addicionalsd’aquest possible canvi climàtic, però s’hand’ l j t t b l b i é

AR4 – IPCC (2007)

d’avaluar conjuntament amb les observacions més“tradicionals” fetes en superfície i/o a partir de lesradiosondes.

Per a moltes variables derivades de dades deTOPEX/Poseidon satellite

Per a moltes variables derivades de dades desatèl·lit, només es disposa d’informació del període1979-2012 (com a màxim).

Apareix el problema de l’homogeneïtat d’una sèried d d t ïd ti d dif t f tde dades construïda a partir de diferents fontsd’informació, especialment a l’hora de donar valorsmitjans globals.

Jason satellite

AR4 – IPCC (2007)

10



AR4 IPCC (2007)

Composició de l’atmosfera

AR4 – IPCC (2007)

Cada vegada hi ha més i millor informació de laconcentració dels GEH a l‘atmosfera (i en generaldels diferents components atmosfèrics) a partir ded d d tèl lit A l’AR5 d l’IPCC ( t à

Satèl·lit

dades de satèl·lit. A l’AR5 de l’IPCC (es presentaràproperament) hi apareix força documentacióanalitzada.

Els aerosols juguen un paper molt important en elbalanç radiatiu, i la informació obtinguda a partir desatèl·lits és fonamental per conèixer bé la sevadistribució a tota l’atmosfera (exemple: espessoròptica d’aerosols amb imatges MODIS)

Model

òptica d aerosols amb imatges MODIS).

11


AR4 – IPCC (2007)


Temperatura

Diferent ús de dades de satèl·lit segons s’estudiï la

SST - MAIG

Tendència mitjana (1979-2009) de la T en altura a la zona equatorial (10 N – 10 S)Diferent ús de dades de satèl lit segons s estudiï la

T de l’aire en superfície (pràcticament gens), la Tde la superfície del mar (molt) o la T de l’aire enaltura (molt).

S’h d’ lit l’h ït t d l è i

mín màx

S’ha d’analitzar l’homogeneïtat de les sèries quans’ajunten dades instrumentals “tradicionals” ambdades de satèl·lit.

● Exemple de sèries temporals de SST:Fomt: MODIS Land Rapid Response Team, NASA Goddard Space Flight Center

Exemple de sèries temporals de SST:AVHRR: març 1981 – actualitat(A)ATSR: agost 1991 – març 2012

● Exemple de sèries temporals de T en altura:p p(A)MSU: ~ 1979 – actualitat(dades de radiosondes des de 1958)

Fomt: http://www arl noaa gov/Review/Presentations/Free ClimatePartI pdf

12


Fomt: http://www.arl.noaa.gov/Review/Presentations/Free_ClimatePartI.pdf


P i it ió N l it t

Precipitació mitjana anual (mm/dia) - 1979 / 2006

Precipitació – Nuvolositat

Ús de dades de satèl·lit especialment per a lamesura de la precipitació damunt delsoceans (GPCP).

Nuvolositat total mitjana al planeta (blau) i entre15 N – 15 S (vermell) - 1983 / 2010oceans (GPCP).

Diferents estudis demostren discrepànciesentre les sèries d’observacions terrestres denuvolositat i les sèries obtingudes amb dadesd tèl lit (ISCCP) d téde satèl·lit (ISCCP), de manera que es mantéel nivell baix de confiança amb els resultatsde la tendència global de la nuvolositat.

Fomt: GPCP, http://precip.gsfc.nasa.gov/index.html

Fomt: https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/isccp-international-satellite-cloud-climatology-project

13


Seguiment del clima a escala regional

Assimilació de dades als models numèrics

La definició de les condicions inicials (anàlisi) és un punt essencial a l’hora d’executar un modelnumèric (especialment un model numèric de pronòstic meteorològic). A més de les observacionsfetes en superfície (EMA, radiosondatges, boies, ...), és bàsic disposar d’informació obtingudaper teledetecció (satèl·lits, radars, ...) info. quasi-simultània de tota la zona d’interès

A l’SMC s’estan assimilant operativament les dades del MSG (5 canals):A l SMC s estan assimilant operativament les dades del MSG (5 canals):C1 (VIS0.6) 0.56 – 0.71 µmC4 (IR3.9) 3.48 – 4.36 µmC5 (WV6.2) 5.35 – 7.15 µm Anàlisi 3D de núvols i d’humitatC9 (IR10.8) 9.80 – 11.80 µmC10 (IR12.0) 11.00 – 13.00 µm

Conjuntament amb les altres dades assimilades, els estudis fets demostren una millora delsj ,resultats especialment les primeres 6 – 12 hores de l’horitzó de prognosi.

Aplicació meteorològica, no climàtica.

14



Control (MM5) LAPS - MM5Cas d’estudi13/09/2006

to + 1 h

to + 2 ho

15



M d l WRF WRF APSOperatiu

18/09/2013

Model WRF WRF + LAPS

HR i Vent to + 3 h

PPT acum.t + 3 h / t + 6 hto + 3 h / to + 6 h

16



Reanàlisis

S’ha comentat que per obtenir un bon pronòstic és necessari disposar d’una bona anàlisi (to,condicions inicials). “Problema”: les simulacions operatives sovint no disposen de tota lacondicions inicials). Problema : les simulacions operatives sovint no disposen de tota lainformació necessària per obtenir la millor anàlisi possible.

Una vegada es disposa de tota la informació, es torna a executar el model numèric i s’obté lamillor simulació possible de l’estat de l’atmosfera. Aquest procés es fa per un període llarg det ( à i dè d ) d ’ l b b d d d b t t l i f iótemps (vàries dècades), de manera que s’elabora un banc de dades amb tota la informació queproporciona el model numèric (amb l’avantatge de tenir aquest resultats en forma de matriustridimensionals).

Aquestes reanàlisis són força útils per estudiar una situació meteorològica passada i per avaluarAquestes reanàlisis són força útils per estudiar una situació meteorològica passada i per avaluarla bondat dels models climàtics (comparant els resultats del model climàtic per un períodepassat amb els resultats de les reanàlisis per al mateix període).

Exemples:ERA-40 (ECMWF Re-Analysis 40 years) : 1957 – 2001 (cada 6 h)ERA-Interim (ECMWF Re-Analysis operatiu) : 1979 – actualitat (cada 6 h)NCEP/NCAR Reanalysis : 1948 – actualitat (cada 6 h)

17



Millor definició dels usos del sòl

Càlcul més acurat de propietats físiques de la superfície (albedo, emissivitat,

rugositat, inèrcia tèrmica, ...)

CORINE Land Cover Map

Millors resultats del model numèric

CORINE Land Cover Map

18



bias.

19



Cas d’estudi:Nevada del 08/03/201008/03/2010

Imatge MODIS abans del 08/03/10

Imatge MODIS després del 08/03/10

Precipitació diària segons EMA

Gruix de neu segons EMA + observacions

20


Unitat de Canvi Climàtic - Àrea de Climatologia - SMC

Moltes gràcies per la vostra atenció !!A/e: [email protected]

http://www.meteo.cat

21

l'ús de dades de satèl·lits en el seguiment del clima a escala global i regional

Technology